Post on 22-Jan-2016
description
Tema:
Arcillas expansivas y la
estabilización de suelos arcillosos expansivos mediante la utilización de cal
(hidróxido de calcio)
Coque Quishpe Leonardo Patricio
Universidad Central del Ecuador
Facultad de Ingeniería en Ciencias Fiscas y Matemáticas
Ingeniería Civil
Geología
ABSTRACT
Researchers have developed a method based on the use of lime to stabilize the expansive clay soils,
this process is achieved by obtaining optimal stabilization and strengthening of sub-bases and bases
of expansive clay soils.
The main objective of this treatment with lime in the expansive clay soils is considerably alter a
fundamental Technical Characteristics of expansive clays, as it is to reduce the percentage of
expansion or swelling of expansive clays against a previous hydration (absorption water or
moisture).
By treating lime on clay soils was achieved to obtain a soil with the following characteristics:
Improved stability
better resistance
better compaction
suitable for safe construction
RESUMEN
Los investigadores han desarrollado un procedimiento basado en la utilización de la
cal para lograr una estabilización el los suelos arcillosos expansivos, mediante este proceso
se lograra obtener una optima estabilización y fortalecimiento de las subbases y bases de
los suelos arcillosos expansivos.
como principal objetivo de este tratamiento con cal en los suelos arcillosos expansivos es
de modificar considerablemente una de las caracteristcas fundamentales de las arcillas
expansivas, como es el de reducir el porcentaje de expansión o hinchamiento de las arcillas
expansivas frente a una previa hidratación (absorción de agua o humedad).
Mediante el tratamiento de cal en suelos arcillosos se lograra obtener un suelo con las
siguientes caracteristicas:
Mejor estabilidad
mejor resistencia
mejor compactacion
apto para construcciones seguras
INTRODUCCION
Uno de los principales dificultades y que fue el motivo de la realización de este
ensayo es que los suelos arcillosos presentan como característica principal la expansión o
compactación de las arcillas expansivas, las cuales son causantes de enormes daños
provocados sobre construcciones.
Uno de los principales propositos que se va a analizar y alcanzar,son los efectos del
oxido de calcio sobre suelos arcillosos tratados tales como son :
Al momento de estabilizar los suelos arcillosos, la cal se la puede aplicar en diversas
formas como veremos a continuacion :
Al final de este ensayo analizaremos la ventajas y desventajas del uso de las
diferentes formas que se puede aplicar la cal en el momento de realizar la estabilización de
los suelos arcillosos expansivos.
Ademas en este ensayo se presentara unos ejemplos en los que constan varias
edificaciones construidas sobre suelos arcillosos expansivos y su posterior consecuencia a
causa de asentamientos o expansión del suelo.
SECAR
MODIFICAR
ESTABILIZAR
ARCILLAS EXPANSIVAS
LECHADA DE CALCAL VIVA CAL HIDRATADA
DESARROLLO
Tratamiento de suelo:
Es un término general que se aplica cuando se quiere modificar un suelo para un propósito
en específico.
Arcillas expansivas:
Son todas aquellas arcillas que tienen la capacidad de incluir agua en su estructura
de láminas, lo cual genera un ensanchamiento o expansión de la estructura cristalina
original de las arcillas
Las arcillas expansivas pueden llegar a producir problemas en las edificaciones,
casas y carreteras. tienen una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a
producirse la completa disociación o separación de las láminas, teniendo como resultado
un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de propiedades coloidales.
Las denominadas arcillas están compuestas por una multitud de pequeñas láminas que
posee una gran área superficial (150 a 400 m2 / gr).
Estas arcillas posee una carga superficial negativa y para alcanzar neutralidad
atraen partículas de sodio (+) y de agua (bipolares).
Entre mayor sea el área superficial de una arcilla, mayor será su capacidad de atraer
agua y mayor también será su comportamiento expansivo.
A menos que se modifique la superficie de las arcillas, éstas se expandirán y
contraerán de acuerdo a los cambios climáticos causando daños.
Cuando la arcilla se encuentra a considerable distancia bajo la superficie no se
expande ni se contrae tanto, como cuando se encuentra cerca de la superficie, por lo tanto,
los daños por levantamiento o movimientos muros pueden ser reducidos si estos se colocan
a a una cnsiderable distancia bajo la superficie.
Las arcillas expansivas se caracterizan a menudo por su alto límite líquido (LL) y
un alto índice de plasticidad (IP).
El límite líquido del suelo (LL) : se define como el contenido de humedad
expresado en porcentaje con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo
cambia del estado líquido al plástico.
La plasticidad es la propiedad que presentan los suelos en poder deformarse, hasta
cierto límite sin romperse.
SI LIMITE LIQUIDO MENOR 35% BAJA PLASTICIDA
SI LIMITE LIQUIDO ENTRE 30%-50% PLASTICIDAD INTERMEDIA
SI LIMITE LIQUIDO ENTRE 50%-70%
ALTA PLASTICIDADSI LIMITE LIQUIDO ENTRE 70%-90%
PLASTICIDAD MUY ALTA
SI LIMITE LIQUIDO MAYOR 90%
PLASTICIDAD EXTREMADAMENTE ALTA
EFECTOS DEL ÓXIDO DE CALCIO SOBRE EL SUELO TRATADO
1. Secado
El tratamiento con óxido de calcio permite el secado de suelos con alto contenido
de humedad, mejorando su desempeño durante el proyecto constructivo.
El óxido de calcio se hidrata tomando humedad del suelo, generando grandes
cantidades de calor que provocan la evaporación de más agua del suelo.
La cantidad total de agua eliminada del suelo por efecto del óxido de calcio es igual
al doble del agua que se requiere para hidratarlo.
2. Modificación
La modificación ocurre cuando el óxido de calcio reacciona con los materiales
arcillosos presentes en el suelo realizándose un intercambio iónico entre las
partículas de óxido de calcio y de suelo.
Gracias a este intercambio iónico, el suelo arcilloso modifica su carga superficial lo
que resulta en:
Reducción de la plasticidad del suelo
Mejoramiento de la trabajabilidad
Mejoramiento de las características para la compactación
3. Estabilización
Proceso que ocurre progresivamente durante varios meses e incluye la reacción de
óxido de calcio con el sílice y la alúmina presentes en el suelo.
El PH de la mezcla suelo+óxido de calcio se incrementa siendo favorable para la
formación de silicatos y aluminatos de calcio.
Inicialmente estos compuestos toman la forma de un gel que recubre las partículas
del suelo y que posteriormente se cristalizan para formar hidratos cálcicos de sílice
y alúmina.
Como resultado se obtiene una ganancia progresiva de resistencia a la compresión
(VRS)
Reduce la plasticidad, la expansión y le da resistencia entre las partículas de arcilla.
Reacción que se presenta en la estabilización de suelos arcillosos expansivos en el
momento de aplicar la cal:
Cuando se agrega óxido de calcio a un suelo arcilloso, el calcio (++) reemplaza al
sodio y las partículas de arcilla se transforman en hidratos cálcicos de sílice y
alúmina.
Este intercambio iónico expulsa también las partículas de cal que se hallaban
acumuladas en la superficie de la arcilla.
Los hidratos cálcicos de sílice y alúmina forman una estructura permanente y fuerte
con características cementantes que gana resistencia a la compresión
progresivamente.
Reacciones inmediatas (horas).
Reducción en contenido de agua
Floculación (la textura cambia, decrece el índice de plasticidad y se apropia la
trabajabilidad del material tratado).
Reacciones de mediano y largo plazo (semanas, meses, años).
Reacción puzolánica entre las partículas de cal con la arcilla.
Recarbonatación de la cal.
CONCLUSIONES
Lo que se pudimos concluir con la elaboración de este ensayo es que los suelos
arcillosos expansivos son muy perjudiciales para todo tipo de edificación, debido a que las
arcillas expansivas poseen la característica de retracción y posterior asentamiento del suelo
provocado por un secamiento acelerado. Las arcillas expansivas cuando se encuentran
húmedas o mojadas son muy pegajosas y producen un aumento en su volumen lo cual
desencadena en una fuerza de empuje hacia la superficie del suelo y la correspondiente
acción de desplazamiento, rotura o agrietamiento de edificaciones que se encuentran sobre
el suelo arcilloso expansivo
Al presentarse estos acontecimientos perjudiciales, se puede proceder a la
estabilización de los suelos mediante la aplicación de la CAL, a continuación concluimos
las diferentes formas en las que se puede aplicar la cal y sus respectivas ventajas y
desventajas:
CAL VIVA
VENTAJAS:
Es más económico su traslado en un 25% por la cantidad disponible de CaO
La densidad es igual a la unidad por lo tanto su almacenamiento requiere menor
volumen para silos.
Reacción más rápida de secado.
Extiende las temporadas de construcción (exceso de humedad o lluvia, por
temporadas).
DESVENTAJAS:
La hidratación en campo requiere un cuidado especial.
Problemas de seguridad en su aplicación.
LECHADA DE CAL
VENTAJAS:
No tenemos problemas de polvo en la aplicación.
Se distribuye uniformemente el producto en el suelo.
Reduce costos para su hidratación y mezclado por el manejo de pipas y equipo de
mezclado para su distribución en la forma seca.
Ayuda a la humectación pronta de los suelos en periodo del verano.
DESVENTAJAS:
La velocidad de aplicación es lenta y necesitas camiones pipas con gran capacidad
para aplicar la lechada.
No es práctico para suelos húmedos.
CAL HIDRATADA
VENTAJAS:
Se aplica dos o tres veces más rápido que la lechada.
Muy efectivo en suelos que no tienen mucha humedad.
La hidratación de la cal esta total y correctamente terminada.
DESVENTAJAS:
El polvo que se genera en su aplicación.
Su peso volumétrico la hace que sea más costoso su traslado contra el producto
seco.
La dosificación se pierde en lugares con mucho viento.
El proceso de hidratación en planta es más caro que hacerlo en el lugar de
aplicación.
ANEXOS
PROCEDIMIENTO DE ESTABILIZACION DE SUELOS ARCILLOSOS CON CAL:
El tratamiento con óxido de calcio transforma las características y el desempeño de suelos arcillosos.En estas imágenes se muestra el mismo suelo antes (izquierda) y después (derecha) de haberlo tratado con cal viva).
Extremo de fracaso de un pavimento por suelos inestables.
Comparación de arcilla plástica sin tratar y arcilla tratada con cal, después de la mezcla inicial y fraguado.
Aplicación del óxido de calciosobre suelo arcilloso
Arcilla floculada con cal.
Escarificación antes de la aplicación de la cal.
Camellón utilizado para contener la cal antes de la mezcla
Ejemplo de aplicación de lechada.
Escarificación después de extensión de cal
Adición de agua después la aplicación de cal seca5
Estabilizadora de suelos utilizada para la mezcla inicial.
Mezcla y pulverización.
Compactadores “Pata de cabra” (arriba) y “de almohadillas” (abajo)
DAÑOS PROVOCADOS A
CAUSA DE SUELOS ARCILLOSOS
BIBLIOGRAFIA
http://www.google.com.ec/url?
sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCkQFjAA&url=http%3A
%2F%2Fwww.lime.org%2Fdocuments%2Fpublications%2Ffree_downloads
%2Fconstruct-manual-
spanish2004.pdf&ei=aC18U4KyL7jJsQSx8YGoDA&usg=AFQjCNG20zqbr2ckGp
MW5tXzC7O-
lirdCA&sig2=32VJQzWWxdnqOGJsadP1Pw&bvm=bv.67229260,d.cWc
http://www.google.com.ec/url?
sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&sqi=2&ved=0CCkQFjAA&url=http
%3A%2F%2Fanfacal.org%2Fmedia%2FBiblioteca_Digital%2FConstruccion
%2FEstabilizacion_de_Suelos%2FEstabilizacion_de_suelos_con_cal-REBASA-
PresentacionA.pdf&ei=-C98U4_FJdPRsASqy4GgDg&usg=AFQjCNFgDfkp-
mNthb4i1LIRcKifa5FtYA&sig2=6MMYtbmDuOdPZhvApAU9NQ&bvm=bv.672
29260,d.cWc
http://www.google.com.ec/url?
sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=6&sqi=2&ved=0CGAQFjAF&url=http
%3A%2F%2Fotri.us.es%2Fotri%2Fdocumentacion%2FPatentes
%2FP201100072.pdf&ei=-C98U4_FJdPRsASqy4GgDg&usg=AFQjCNHAF-
udFsdAYoKIRDQCRPuOVjdeNw&sig2=Vx-
NCFOwtaZ4gZvbtyDdpg&bvm=bv.67229260,d.cWc
http://www.ecured.cu/index.php/Ensayo_Cient%C3%ADfico